JP4934263B2 - Digital imaging method, system and apparatus - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはディジタル・イメージングに関するものであり、より具体的には、Ｘ線源及び検出器並びに超音波装置を用いてディジタル画像（イメージ）を取得する方法、システム及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
少なくとも幾種類かの公知のイメージング・システムでは、放射線源から円錐形ビームを投射しており、該円錐形ビームは患者のような撮像中の物体を通過して、矩形アレイ（配列）の放射線検出器に入射する。また少なくとも１種の公知のトモシンセシス（tomosynthesis ）システムでは、放射線源を枢軸点の周りをガントリと共に回転させており、異なる投影角度で物体の複数のビューを取得することができる。用語「ビュー」は、単一の投影像を表し、より具体的に述べると、単一の投射による放射線写真を表し、これは投影像を形成する。また、検出器から一定の高さにある被撮像物体内の構造を表す１つの再構成（断面）画像は、「スライス」と呼ばれている。一集まりのビュー、すなわち複数のビューは「投影データセット」と呼ばれている。また、全ての高さについての一集まりのスライス、すなわち複数のスライスは、「像物体を表す３次元データセット」と呼ばれている。
【０００３】
公知の他の医用イメージング・システムでは、被検者の器官を撮影するために超音波診断装置を使用している。従来の超音波診断装置は典型的には、被検者に超音波信号を送出すると共に該被検者からの反射超音波信号を受け取る超音波プローブを含んでいる。超音波プローブで受け取った反射超音波信号は処理して、検査中の対象物の画像を形成する。
【０００４】
従来の乳房の撮像は、判別検査のための標準的な２ＤＸ線マンモグラフィと、診断追跡のためのＸ線及び超音波撮像とに基づいている。超音波は良性の嚢胞及び塊を識別するのに特に有効であり、またＸ線は典型的には微量カルシウム沈着の詳細な特徴描写のために使用される。Ｘ線及び検出器を用いて作成された像と超音波システムを用いて作成された像とを組み合わせると、これらの両方のモダリティの長所を活用することができる。しかしながら、Ｘ線検査が典型的には乳房を圧迫して行われるのに対し、超音波検査が典型的には乳房を圧迫せずに走査することにより行われるので、両者の画像の整合を取るのが難しい。その上、超音波走査が典型的には手動で行われるので、得られる結果に変動が多く、それらの結果を整合させるのが難しい。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得する工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得する工程と、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを有する。
【０００６】
別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、圧迫パドルを用いて関心のある物体を圧迫する工程と、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得する工程と、圧迫パドルに隣接して超音波プローブ移動装置組立体を位置決めして、超音波プローブ移動装置組立体により得られる第２の３次元データセットが機械的設計によって圧迫パドルを介して得られる第１の３次元データセットと相互整合(co-register) するようにする工程とを含む。本方法はまた、超音波プローブをプローブ移動装置組立体と結合して、超音波プローブが超音波出力信号を圧迫パドル及び関心のある物体に送出するようにする工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得する工程と、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを含む。
【０００７】
更に別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、圧迫パドルを用いて関心のある物体を圧迫する工程と、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の２次元データセットを取得する工程と、圧迫パドルに隣接して超音波プローブ移動装置組立体を位置決めして、超音波プローブ移動装置組立体により得られる第２の３次元データセットが機械的設計によって圧迫パドルを介して得られる第１の３次元データセットと相互整合するようにする工程とを含む。本方法はまた、超音波プローブをプローブ移動装置組立体と動作上結合させて、超音波プローブが超音波出力信号を圧迫パドル及び関心のある物体に送出するようにする工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の３次元データセットを取得する工程と、２次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを含む。
【０００８】
また別の一面においては、装置を提供する。本装置は、圧迫パドルと、該圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体と、圧迫パドル及び関心のある物体に超音波出力信号を送出するように、超音波プローブ移動装置組立体に結合された超音波プローブとを含む。
【０００９】
また更に別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する医用イメージング・システムを提供する。本イメージング・システムは、検出器アレイと、少なくとも１つの放射線源と、圧迫パドルと、該圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体と、圧迫パドル及び関心のある物体に超音波出力信号を送出するように、超音波プローブ移動装置組立体に結合された超音波プローブと、検出器アレイ、放射線源及び超音波プローブに結合されたコンピュータとを含む。コンピュータは、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得し、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得し、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて物体の３次元画像を作成するように構成されている。
【００１０】
更に別の一面においては、圧迫パドルを提供する。この圧迫パドルは複数の複合層を含んでいる。これらの層は音波透過性及び放射線透過性である。
【００１１】
【発明の詳しい説明】
図１は医用イメージング・システム１２の絵画図である。代表的な実施形態では、イメージング・システム１２は、超音波イメージング・システム１４と、プローブ移動装置組立体１６と、超音波プローブ１８と、Ｘ線イメージング・システム及びトモシンセシス・イメージング・システム２０のうちの少なくとも一方とを含んでいる。代表的な実施形態では、超音波イメージング・システム１４、プローブ移動装置組立体１６、超音波プローブ１８及びトモシンセシス・イメージング・システム２０は、イメージング・システム１２内で動作上一体化されている。別の実施形態では、超音波イメージング・システム１４、プローブ移動装置組立体１６、超音波プローブ１８及びトモシンセシス・イメージング・システム２０は、物理的に一体化されて、単一体のイメージング・システム１２を構成する。
【００１２】
図２はトモシンセシス・イメージング・システム２０の絵画図である。代表的な実施形態では、トモシンセシス・イメージング・システム２０は、患者の乳房のような被撮像物体２２を表す３次元データセットを作成するために使用される。システム２０は、Ｘ線源のような放射線源２４と、複数の投影角度２８からのビューを収集するための少なくとも１つの検出器アレイ２６と含んでいる。詳しく述べると、システム２０は円錐形Ｘ線ビームを投射する放射線源２４を含んでおり、円錐形Ｘ線ビームは物体２２を通って検出器アレイ２６に入射する。各角度２８で得られたビューは複数のスライス、すなわち、検出器アレイ２６に平行な複数の平面３０内に位置する構造を表す画像、を再構成するために使用し得る。検出器アレイ２６は、行及び列に配列した複数の画素（図示していない）を持つパネル形式に製造して、乳房のような関心のある物体２２全体の画像が作成されるようにする。
【００１３】
各画素は、スイッチング・トランジスタ（図示せず）を介して２つの別々のアドレス線（図示せず）に結合されたフォトダイオード（図示せず）のような光センサを含んでいる。一実施形態では、２つの線は走査線及びデータ線である。放射線がシンチレータ材料に入射すると、画素の光センサが、シンチレータとのＸ線の相互作用によって発生された光の量を、ダイオードの両端間の電荷の変化により測定する。より詳しく述べると、各画素は、物体２２によって減弱した後で検出器アレイ２６に入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号を生成する。一実施形態では、検出器アレイ２６はほぼ１９ｃｍ×２３ｃｍであり、且つ乳房のような関心のある物体２２全体についてビューを生成するように構成される。この代わりに、検出器アレイ２６は使用目的に応じて寸法が変えられる。更に、検出器アレイ２６の個々の画素の寸法は、検出器アレイ２６は使用目的に基づいて選択される。
【００１４】
代表的な実施形態では、再構成された３次元データセットは必ずしも検出器２６に平行な平面に対応するスライスに配列されず、より一般的な態様に配列される。別の実施形態では、再構成された３次元データセットは単一の２次元画像、又は１次元関数のみを構成する。更に別の実施形態では、検出器２６は平面状以外の形状である。
【００１５】
代表的な実施形態では、放射線源２４は物体２２に対して移動可能である。より詳しく述べると、放射線源２４は被撮像領域の投影角度２８を変更するように並進（平行移動）可能である。放射線源２４は、投影角度２８を任意の鋭角又は斜角にすることができるように並進（平行移動）可能である。
【００１６】
放射線源２４の動作はイメージング・システム２０の制御機構３８によって統制される。制御機構３８は、放射線源２４に電力及びタイミング信号を供給する放射線制御装置４０と、放射線源２４及び検出器２６のそれぞれの並進速度及び位置を制御するモータ制御装置４２を含んでいる。制御機構３８はまたデータ収集システム（ＤＡＳ）４４を含み、ＤＡＳ４４は検出器２６からのディジタル・データをその後の処理のためにサンプリングする。画像再構成装置４６が、本書に述べるように、ＤＡＳ４４からサンプリングされディジタル化された投影データセットを受け取って、高速画像再構成を行う。被撮像物体２２を表す再構成された３次元データセットは、コンピュータ４８に入力として印加される。コンピュータ４８は３次元データセットを大容量記憶装置５０に記憶させる。画像再構成装置４６は、本書に述べる機能を実行するようにプログラムされており、また本書で用いる用語「画像再構成装置」はコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理制御装置、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を表す。
【００１７】
コンピュータ４８はまた、入力装置を備えたコンソール５２を介してオペレータから指令及び走査パラメータを受け取る。陰極線管や液晶表示装置（ＬＣＤ）のような表示装置５４により、オペレータはコンピュータ４８からの再構成された３次元データセット及び他のデータを観察できる。コンピュータ４８は、オペレータにより供給された指令及び走査パラメータを使用して、ＤＡＳ４４、モータ制御装置４２及び放射線制御装置４０へ制御信号及び情報を供給する。
【００１８】
イメージング・システム２０はまた圧迫パドル５６を含む。圧迫パドル５６は、プローブ移動装置組立体１６と圧迫パドル５６とが機械的に整列するようにプローブ移動装置組立体１６に隣接して位置決めされる。更に、プローブ移動装置組立体１６を用いて得られる超音波データセットすなわち第２の３次元データセットは、機械的設計によって圧迫パドル５６を用いてＸ線データセットすなわち第１の３次元データセットと相互整合させる。一実施形態では、超音波プローブ１８はプローブ移動装置組立体１６に動作上結合されて、超音波プローブ１８が圧迫パドル５６及び乳房２２に超音波出力信号を送出し、該信号が乳房２２内の嚢胞のように界面に遭遇したときに少なくとも部分的に反射されるようにする。別の実施形態では、超音波プローブ１８は圧迫パドル５６に動作上結合される容量性微細機械加工超音波トランスデューサの２Ｄアレイとし、プローブ移動装置組立体１６は使用しない。
【００１９】
図３は圧迫パドル５６の側面図である。一実施形態では、圧迫パドル５６は音響的に透明（音波透過性）でＸ線に透明（放射線透過性）であり、表１に限定ではなく例として示す表１に記載のようなプラスチック材料の複合体で製作して、システム２が約１０ＭＨｚで動作しているときの圧迫パドル５６の減衰係数が約５．０デシベル／ｃｍ未満になるようにし、もって圧迫パドル５６による超音波残響及び減衰を最小にする。別の実施形態では、圧迫パドル５６は単一の複合材料を用いて製作する。更に別の実施形態では、圧迫パドル５６は単一の、複合材料でない材料を用いて製作する。代表的な一実施形態では、圧迫パドル５６は厚さが約２．７ｍｍであり、複数の層５８を含んでいる。層５８は、限定ではなく例として示すポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレンのような、複数の剛性の複合材料を用いて製作する。圧迫パドル５６は表１に示した複数の設計パラメータを用いて設計する。圧迫パドル５６の設計パラメータには、限定ではなく例として示すと、Ｘ線減弱度、原子番号、光透過率、引張り係数、音速、密度、伸び率、ポアソン比、音響インピーダンス及び超音波減衰度が含まれる。
【００２０】
【表１】

Figure 0004934263
【００２１】
複数の複合層５８を使用して圧迫パドル５６を製作することにより、乳房撮影スペクトルではポリカーボネートと同様な実効Ｘ線減弱係数及び点像分布関数が容易に得られる。その上、複合層５８を使用して、８０％以上の光透過率、及び約１２メガヘルツ（ＭＨｚ）までの超音波プローブ周波数で（３ｄＢ未満の）低い超音波減衰度を達成することができる。更に、複合層５８により、界面反射の最大強度を最大ビーム強度の２％以内にし、１９×２３ｃｍ2 の面積に１８ｄａＮの全圧迫力を加えたときの水平からたわみを１ｍｍ未満にし、且つ機械的剛性及び複数の経時放射線抵抗性をポリカーボネートと同程度にすることが容易に得られる。
【００２２】
図４はプローブ移動装置組立体１６の上面図である。一実施形態では、プローブ移動装置組立体１６は、パドル５６に取外し可能に結合されており、プローブ移動装置組立体１６を圧迫パドル５６の上方に独立して位置決めできるように圧迫パドル５６から切り離すことができる。プローブ移動装置組立体１６は、複数のステップ・モータ６２と、位置符号化器（図示せず）と、複数のリミット・スイッチ駆動式キャリッジ（図示せず）とを含んでいる。少なくとも１つのキャリッジは受け器６４を介して超音波プローブ１８（図１に示す）を装着して、圧迫パドル５６の可変垂直位置決めを能力を可能にする。一実施形態では、超音波プローブ１８は、圧迫パドル５６と接触するまでｚ方向に垂直に下降する。ステップ・モータ６２は、使用者によって決定された可変の速度でｘ及びｙ方向に細かい増分でキャリッジ６６に沿って超音波プローブ１８を駆動する。プローブ移動装置組立体１６の予め決定された機械的設計の限界を越えて超音波プローブ１８が移動するのを防止するために、リミット・スイッチ６８がバックラッシュ制御ナット（図示せず）と共に設けられる。超音波プローブ１８は、受け器７２に取り付けられたＵ字形の板７０上に装着される。一実施形態では、Ｕ字形の板７０は、別の組立体（図示せず）を介してＸ線イメージング・システム又はトモシンセシス・イメージング・システム２０上の複数の案内レール（図示せず）に取り付けられる。プローブ移動装置組立体１６のｘ及びｙ方向の寸法は、圧迫パドル５６の寸法に匹敵する超音波プローブ１８の所望の移動範囲に基づいて様々に選択される。ｚ方向においては、寸法は、プローブ移動装置組立体１６の上方の放射線源２４の外被とその下方の圧迫パドル５６との間の垂直方向の空間距離によって制限される。
【００２３】
図５は関心のある物体２２の画像を作成するための代表的な方法８０の流れ図である。方法８０は、Ｘ線源２４及び検出器２６を用いて第１の位置で物体２２の第１の３次元データセットを取得する工程８２と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体２２の第２の３次元データセットを取得する工程８４と、前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体２２の３次元画像を作成する工程８６を含む。
【００２４】
図６はイメージング・システム１２の絵画図である。使用法に関して、図６を参照して説明すると、圧迫パドル５６が圧迫パドル受け器１００によりトモシンセシス・イメージング・システム２０に設置される。一実施形態では、プローブ移動装置組立体１６が、圧迫パドル受け器（図示せず）の上方で、取付け具によってＸ線位置決め装置１０２の案内レール（図示せず）上の受け器（図示せず）に取り付けられる。別の実施形態では、プローブ移動装置組立体１６はトモシンセシス・イメージング・システム２０上の側部ハンドレール（図示せず）を使用して取り付けられる。超音波プローブ１８が超音波イメージング・システムに一端で接続され、且つプローブ受け器１０６を介してプローブ移動装置組立体１６と結合される。患者はトモシンセシス・イメージング・システム２０に隣接して配置して、乳房２２が圧迫パドル５６と検出器２６との間に位置決めされるようにする。
【００２５】
超音波プローブ１８及びプローブ移動装置組立体１６の幾何学的配置は圧迫パドル５６に関して較正する。一実施形態では、超音波プローブ１８の較正は、超音波プローブ１８がプローブ移動装置の受け器１０６の中に設置され、且つプローブ移動装置組立体１６が圧迫パドル受け器１００を介してトモシンセシス・イメージング・システム２０に取り付けられていることを保証することを含む。イメージング・システム１２の較正は、座標系相互間の変換演算が有効であることを保証するのに役立つ。正しいビーム形成コード環境が超音波イメージング・システム１４にインストールされ、これは圧迫パドル５６による屈折効果を補正するのに役立つ。次いで、患者についての予備的知識、或いは以前のＸ線又は超音波検査に基づいて、最適なパラメータが決定される。
【００２６】
患者は頭蓋−仙骨方向姿勢、中間−横方向姿勢及び斜め方向姿勢の内の少なくとも１つで位置決めして、乳房２２又は関心のある物体２２を圧迫パドル５６と検出器２６との間に位置決めするようにする。一実施形態では、乳房２２を潤滑剤、例えば、これに限定されないが、鉱物油で僅かに覆う。次いで、受け器１００に対する手動制御及び受け器１００についての自動制御のうちの少なくとも一方を用いて、圧迫パドル５６により乳房２２を圧迫して適切な厚さにする。
【００２７】
次いで、標準の２Ｄ及びトモシンセシス・モードの内の少なくとも一方で動作するトモシンセシス・イメージング・システム２０により、Ｘ線検査を行う。トモシンセシス・モードでは、Ｘ線源外被１０８が、位置決め装置１１０から独立した、検出器２６の垂直上方の軸を中心に回転可能であるように修正される。一実施形態では、患者及び検出器２６が固定され、管外被１０８が回転する。
【００２８】
次いで、乳房２２のビューを少なくとも２つの投影角度２８（図２に示す）から取得して、関心のある領域の投影データセットを作成する。この複数のビューはトモシンセシス投影データセットを表す。次いで、収集された投影データセットを利用して、第１の３次元データセット、すなわち走査した乳房２２についての複数のスライスを作成する。この第１の３次元データセットは撮像対象の乳房２２の３次元放射線撮影表現を表す。放射線ビームを第１の投影角度１１２（図２に示す）で送出するように放射線源２４を作動した後、検出器アレイ２６を用いてビューを収集する。次いで、線源２４の位置を並進させることによってシステム２０の投影角度２８を変えて、放射線ビームの中心軸１５０（図２に示す）を第２の投影角度１１４（図２に示す）に変え、且つ乳房２２がシステム２０の視野内に維持されるように検出器アレイ２６の位置を変える。放射線源２４を再び作動して、第２の投影角度１１４でのビューを収集する。次いで、同じ手順がその後の任意の数の投影角度２８について繰り返される。
【００２９】
一実施形態では、放射線源２４及び検出器アレイ２６を用いて複数の角度２８で乳房２２についての複数のビューを取得して、関心のある領域についての投影データセットを作成する。別の実施形態では、放射線源２４及び検出器アレイ２６を用いて１つの角度２８で乳房２２の単一のビューを取得して、関心のある領域についての投影データセットを作成する。次いで、収集した投影データセットを利用して、走査した乳房２２について２Ｄデータセット及び第１の３Ｄデータセットの内の少なくとも一方を作成する。その結果のデータはコンピュータ３８（図２に示す）の指定されたディレクトリに記憶させる。トモシンセシス走査を行う場合は、ガントリをその垂直位置に戻すべきである。
【００３０】
図７は、圧迫パドル５６、及び超音波イメージング・システム１４とトモシンセシス・イメージング・システム２０との間のインターフェースの絵画図である。図８はイメージング・システム１２の一部分の側面図である。代表的な実施形態では、圧迫パドル５６に音響結合用ジェル１２０を２ｍｍの高さまで充填する。別の実施形態では、圧迫パドル５６上に音響シース(sheath)（図示せず）を配置する。プローブ移動装置組立体１６を取付け具１０４（図６に示す）によりトモシンセシス・イメージング・システム２０のガントリ（図示せず）に取り付けて、プローブ移動装置組立体の平面が圧迫パドル５６の平面に平行になるようにする。一実施形態では、超音波プローブ１８を下げて音響シースに接触させる。別の実施形態では、超音波プローブ１８を下げて結合用ジェル１２０の中に部分的に入れる。超音波プローブ１８の高さは受け器１０６（図６に示す）により調節する。
【００３１】
超音波プローブ１８は圧迫パドル５６の上方に垂直に装着して、胸壁１２６及び乳首区域を含む乳房２２全体にわたって電気機械式に走査し、乳房２２についての第２の３Ｄデータセットを作成する。一実施形態では、コンピュータ１３０はステップ・モータ制御装置１３２を駆動して、ラスタ式に乳房２２を走査する。別の実施形態では、コンピュータ３８（図２に示す）が制御装置１３２を駆動して、ラスタ式に乳房２２を走査する。コンピュータ３８及びコンピュータ１３０のうちの少なくとも一方はソフトウエアを含み、該ソフトウエアは電子的ビーム・ステアリング（方向操作）及び仰角集束(elevation focusing)能力を含んでいる。一実施形態では、実時間超音波データを超音波イメージング・システム１４のモニタで観察することができる。別の実施形態では、超音波データを任意の表示装置、例えば、これに限定されないが、表示装置５４（図２に示す）で観察することができる。プローブ移動装置組立体１６をトモシンセシス・イメージング・システム２０から取り外し、患者を解放するように圧迫パドル５６を位置決めし直す。
【００３２】
電子的ビーム・ステアリングにより、例えば、乳首区域１２８を見ること等によって、図８に示すように胸壁及び乳首区域を撮像することが可能になる。もし超音波プローブ１８を乳首区域１２８の直ぐ上方に配置した場合、圧迫された乳房２２と圧迫パドル５６との間の空隙により音響エネルギが乳首区域１２８に伝達されないことになる。しかし図示のステアリングされたビームが図８の左から入り込むことにより、音響エネルギが効率よく伝達され、これにより乳首区域１２８を撮像できるようにするために順応性のジェル・パッドを置く必要性が低減される。更に、多数の角度にビームをステアリングして、それらのデータセットを組み合わせることによって、クーパー靱帯のような構造に起因する音響陰影を最小にすることができるように、ビーム・ステアリングを制御することができる。
【００３３】
一実施形態では、第１のデータセットの座標系を第２のデータセットの座標系に変換して、ハードウエア設計によってこれらのデータセットを整合させ、且つ画像に基づいた整合方法を用いて間欠的な患者の運動を補正した整合をとることができる。この代わりに、第２のデータセットの座標系が第２のデータセットの座標系に変換される。第１の３Ｄデータセット及び第２の３Ｄデータセットが乳房２２の同じ物理的構成で取得されるので、画像は機械的な整合情報から直接に整合させることができる。詳しく述べると、乳房の解剖学的構造全体についてポイント毎に画像を直接に整合させることができ、これによって３Ｄ超音波画像と２ＤＸ線画像との整合に関連した曖昧さをなくす。この代わりに、個々のイメージング・モダリティの物理的過程を用いて２つの画像の整合を向上させることができる。２つのモダリティにおける空間分解能の差異及び伝播特性の差異を考慮して、２つの画像における小さな位置決めの差異を識別することができる。次いで、整合は３Ｄデータセットにおける補正した位置に基づいてなされる。次いで、いずれの画像上の対応する関心のある区域を複数の方法で同時に観察して、閉じた物体又は局部区域の定性的視覚化及び定量的特徴付けを向上させることができる。
【００３４】
図９は１２ＭＨｚにおける屈折補正の代表的な効果を例示する画像である。図１０は、屈折補正がない場合の図９と同様な画像である。一実施形態では、圧迫パドル５６からの屈折補正が図９及び１０に示されるようにビーム形成プロセッサ内に組み込まれた状態にある。３ｍｍのプラスチック材料での屈折補正により拡散するワイヤの出現が補正される。一実施形態では、超音波プローブ１８は仰角集束能力及びビーム・ステアリング能力を持つフェーズド・アレイ・トランスデューサ及び能動マトリクス線形トランスデューサの内の少なくとも一方を含んでいる。超音波プローブ１８が能動マトリクス線形トランスデューサ又はフェーズド・アレイ・トランスデューサを含んでいるので、固有の空間分解能が標準的なトランスデューサよりはずっと大きい深さにわたって維持される。仰角集束及び注意深く選ばれた圧迫パドルのプラスチック材料により高周波プローブの使用が可能になり、超音波画像で２５０ミクロン程度の高空間分解能がこのシステムにより得られ、これはファントム及び臨床画像にとって有効である。
【００３５】
一実施形態では、超音波イメージング・システム１４にインストールされたコンピュータ・ソフトウエア・プログラムを使用して、超音波プローブ１８を圧迫パドル５６上の所定の経路に沿って駆動する。プログラムはまた、ステップ・モータ制御装置１３２及び超音波システム１４に作用して、画像及びデータの取得及び記憶を開始させる。別の実施形態では、トモシンセシス・イメージング・システム２０にインストールされたコンピュータ・ソフトウエア・プログラムを使用して、超音波プローブ１８を圧迫パドル５６上の所定の経路に沿って駆動する。このプログラムは超音波プローブ１８の位置決め精度を約±１００ミクロン以内に向上させるのに役立つ。
【００３６】
その上、イメージング・システム１２は、一つの検査で利用するハードウエア、すなわちＸ線源２４及び検出器２６が、超音波プローブ１８を用いて作成される他の画像の画像品質に及ぼす影響を最小にするように、画像取得プロセスを分離するのに役立つ。更に、システム１２は構造化ノイズの低減、嚢胞と密実な塊との区別、及び単一の自動化組合せ検査における多モダリティの整合したデータセットの完全３Ｄ可視化に役立ち、これにより乳房画像内の疑わしい区域の突止めと特徴付けのための方法の改良に役立ち、もって、不必要なバイオプシー（生体検査）を減らし且つ乳房走査の効率を向上させる。
【００３７】
システム１２を使用して相互整合したフォーマットで臨床超音波及び３ＤディジタルＸ線が２ＤディジタルＸ線と共に利用できるので、システム１２は、多モダリティＣＡＤアルゴリズム、ＣＡＤ用改良分類方式などのような付加的な最新用途のためのプラットフォームを提供する。システム１２は、深さ寸法の情報により、２ＤＸ線データセットで利用できるよりも高い精度で乳房バイオプシーを案内操作させるのに役立つ。超音波走査の自動化により、従って走査の際の変動の影響を低減したことにより、システム１２は乳癌についての様々な形態の処置を受ける患者を監視して、治療に対する患者の反応を評価することができる。例えば、システム１２を使用して、最初の検査の際、及び処置中に様々な時間間隔で行う複数のその後の検査の際に、Ｘ線及び超音波画像データセットを取得することができる。その後の検査の際、システム１２を使用して、最初の検査の際に位置決めしたのと同様に患者を位置決めして、第１のデータセットを取得したときに用いたのと同じ動作パラメータにより乳房２２を超音波で撮像することができる。相互の情報又は特徴に基づいた整合手法により、２つの超音波データセットの両方や他の手段上の明瞭に識別可能な特徴を使用して該２つのデータセットを互いに良好に整合させるのに必要な対話型の患者の再位置決めを行うための所要のｘ、ｙ及びｚ変位量を決定する。このような特徴はまた、外科的治療処置を用いている場合には埋め込むことも可能である。癌の再発が珍しいことではないので、この特徴により臨床医には互いに実質的の整合したデータセットを提供することができ、従って、システム１２を使用して回復状況を追跡し、それに対応して治療計画を修正することができる。更に、システム１２は、乳房２２の圧迫を増大させる主な要因である構造化ノイズが軽減されるので、乳房の圧迫を低減するのに役立つ。３Ｄ超音波と立体的マンモグラフィとの組合せを可能にするようにシステム１２に対する修正を行うことができる。
【００３８】
本発明の様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には、特許請求の範囲に記載の精神および範囲内で本発明の修正を行い得ることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージング・システムの絵画図である。
【図２】関心のある物体の画像を作成するための代表的な方法の流れ図である。
【図３】新規な圧迫パドルの一部分の側面図である。
【図４】プローブ移動装置組立体の上面図である。
【図５】関心のある物体の画像を作成するための代表的な方法の流れ図である。
【図６】医用イメージング・システムの絵画図である。
【図７】圧迫パドル・システムとインターフェースと超音波イメージング・システムの絵画図である。
【図８】図１に示した医用イメージング・システムの一部分の側面図である。
【図９】屈折補正の代表的な効果を例示する画像である。
【図１０】屈折補正がない場合の図９と同様な画像である。
【符号の説明】
１２ 医用イメージング・システム
１４ 超音波イメージング・システム
１６ プローブ移動装置組立体
１８ 超音波プローブ
２０ トモシンセシス・イメージング・システム
２２ 被撮像物体
２４ 放射線源
２６ 検出器アレイ
２８ 投影角度
３０ 平面
３８ 制御機構
５６ 圧迫パドル
５８ 層
６２ ステップ・モータ
６４ 受け器
６６ キャリッジ
６８ リミット・スイッチ
７０ Ｕ字形の板
７２ 受け器
１００ 圧迫パドル受け器
１０２ Ｘ線位置決め装置
１０４ 取付け具
１０６ プローブ受け器
１０８ Ｘ線源外被
１１０ 位置決め装置
１１２ 第１の投影角度
１１４ 第２の投影角度
１２０ 音響結合用ジェル
１２６ 胸壁
１２８ 乳首区域
１３０ コンピュータ
１３２ ステップ・モータ制御装置
１５０ 放射線ビームの中心軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to digital imaging, and more specifically to a method, system, and apparatus for acquiring a digital image using an X-ray source and detector and an ultrasound device.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
At least some known imaging systems project a cone beam from a radiation source that passes through the object being imaged, such as a patient, to detect radiation in a rectangular array. Incident light. In at least one known tomosynthesis system, the radiation source is rotated with the gantry around the pivot point so that multiple views of the object can be acquired at different projection angles. The term “view” refers to a single projected image, and more specifically to a radiograph from a single projection, which forms a projected image. One reconstructed (cross-sectional) image representing the structure in the object to be imaged at a certain height from the detector is called a “slice”. A collection of views, ie, multiple views, is called a “projection data set”. A set of slices for all heights, that is, a plurality of slices, is called a “three-dimensional data set representing an image object”.
[0003]
Other known medical imaging systems use an ultrasound diagnostic device to image the subject's organs. Conventional ultrasound diagnostic apparatuses typically include an ultrasound probe that transmits an ultrasound signal to a subject and receives a reflected ultrasound signal from the subject. The reflected ultrasound signal received by the ultrasound probe is processed to form an image of the object under inspection.
[0004]
Conventional breast imaging is based on standard 2DX X-ray mammography for discriminating examinations and X-ray and ultrasound imaging for diagnostic tracking. Ultrasound is particularly effective in identifying benign cysts and masses, and x-rays are typically used for detailed characterization of microcalcifications. Combining images created using X-rays and detectors with images created using ultrasound systems can take advantage of both modalities. However, X-ray examination is typically performed with the breast pressed, whereas ultrasound is typically performed by scanning the breast without compression, so that the images of both are aligned. It is difficult. In addition, since ultrasound scanning is typically performed manually, the results obtained are highly variable and difficult to match.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION
In one aspect of the invention, a method for creating an image of an object of interest is provided. The method includes obtaining a first three-dimensional data set of an object at a first position using an X-ray source and a detector, and a second 3 of the object at the first position using an ultrasonic probe. Acquiring a three-dimensional data set; and combining the first three-dimensional data set and the second three-dimensional data set to create a three-dimensional image of the object.
[0006]
In another aspect, a method for creating an image of an object of interest is provided. The method includes compressing an object of interest using a compression paddle, obtaining a first three-dimensional data set of the object at a first location using an x-ray source and a detector, and a compression paddle. A first three-dimensional position obtained by positioning the ultrasonic probe moving device assembly adjacent to the second probe and obtaining a second three-dimensional data set obtained by the ultrasonic probe moving device assembly through the compression paddle by mechanical design. And co-registering with the data set. The method also includes coupling the ultrasound probe with a probe mover assembly so that the ultrasound probe sends an ultrasound output signal to the compression paddle and the object of interest, and using the ultrasound probe. Obtaining a second three-dimensional data set of the object at the first position; and combining the first three-dimensional data set and the second three-dimensional data set to create a three-dimensional image of the object. Including.
[0007]
In yet another aspect, a method for creating an image of an object of interest is provided. The method includes compressing an object of interest using a compression paddle, obtaining a two-dimensional data set of the object at a first location using an X-ray source and detector, and adjacent to the compression paddle. Positioning the ultrasonic probe moving device assembly to obtain a second three-dimensional data set obtained by the ultrasonic probe moving device assembly through a compression paddle by mechanical design; And mutually aligning. The method also includes operatively coupling the ultrasound probe with the probe mover assembly such that the ultrasound probe delivers an ultrasound output signal to the compression paddle and the object of interest; and Using to obtain a three-dimensional data set of the object at the first position and combining the two-dimensional data set and the second three-dimensional data set to create a three-dimensional image of the object.
[0008]
In another aspect, an apparatus is provided. The apparatus includes a compression paddle, an ultrasonic probe mover assembly mechanically aligned with the compression paddle, and an ultrasonic probe mover set to deliver an ultrasonic output signal to the compression paddle and the object of interest. And a three-dimensionally bonded ultrasonic probe.
[0009]
In yet another aspect, a medical imaging system for creating an image of an object of interest is provided. The imaging system includes a detector array, at least one radiation source, a compression paddle, an ultrasonic probe mover assembly mechanically aligned with the compression paddle, ultrasonic waves on the compression paddle and the object of interest. An ultrasound probe coupled to the ultrasound probe mover assembly to deliver an output signal, and a computer coupled to the detector array, the radiation source and the ultrasound probe. The computer obtains a first three-dimensional data set of the object at the first position using the X-ray source and the detector, and uses the ultrasonic probe to obtain a second three-dimensional data set of the object at the first position. And a first three-dimensional data set and a second three-dimensional data set are combined to create a three-dimensional image of the object.
[0010]
In yet another aspect, a compression paddle is provided. The compression paddle includes a plurality of composite layers. These layers are sound transmissive and radiation transmissive.
[0011]
Detailed Description of the Invention
FIG. 1 is a pictorial diagram of a medical imaging system 12. In the exemplary embodiment, imaging system 12 includes ultrasound imaging system 14, probe mover assembly 16, ultrasound probe 18, x-ray imaging system and tomosynthesis imaging system 20. Including at least one. In the exemplary embodiment, ultrasound imaging system 14, probe mover assembly 16, ultrasound probe 18, and tomosynthesis imaging system 20 are operably integrated within imaging system 12. In another embodiment, the ultrasound imaging system 14, probe mover assembly 16, ultrasound probe 18, and tomosynthesis imaging system 20 are physically integrated to form a single body imaging system 12. To do.
[0012]
FIG. 2 is a pictorial diagram of the tomosynthesis imaging system 20. In the exemplary embodiment, tomosynthesis imaging system 20 is used to create a three-dimensional data set that represents an imaged object 22, such as a patient's breast. System 20 includes a radiation source 24, such as an x-ray source, and at least one detector array 26 for collecting views from a plurality of projection angles 28. Specifically, the system 20 includes a radiation source 24 that projects a conical x-ray beam that enters the detector array 26 through the object 22. The view obtained at each angle 28 can be used to reconstruct a plurality of slices, ie, images representing structures located in a plurality of planes 30 parallel to the detector array 26. The detector array 26 is manufactured in a panel format with a plurality of pixels (not shown) arranged in rows and columns so that an image of the entire object 22 of interest such as a breast is created.
[0013]
Each pixel includes a photosensor such as a photodiode (not shown) coupled to two separate address lines (not shown) via a switching transistor (not shown). In one embodiment, the two lines are a scan line and a data line. When radiation is incident on the scintillator material, the pixel photosensor measures the amount of light generated by the X-ray interaction with the scintillator by the change in charge across the diode. More specifically, each pixel generates an electrical signal that represents the intensity of the x-ray beam incident on the detector array 26 after being attenuated by the object 22. In one embodiment, detector array 26 is approximately 19 cm × 23 cm and is configured to generate a view for the entire object 22 of interest, such as a breast. Instead, the detector array 26 is sized according to the intended use. Further, the dimensions of the individual pixels of the detector array 26 are selected based on the intended use of the detector array 26.
[0014]
In an exemplary embodiment, the reconstructed three-dimensional data set is not necessarily arranged in slices corresponding to a plane parallel to detector 26, but arranged in a more general manner. In another embodiment, the reconstructed 3D data set constitutes only a single 2D image, or 1D function. In yet another embodiment, detector 26 has a shape other than planar.
[0015]
In the exemplary embodiment, radiation source 24 is movable relative to object 22. More specifically, the radiation source 24 can be translated (translated) to change the projection angle 28 of the imaged region. The radiation source 24 can be translated (translated) so that the projection angle 28 can be any acute angle or oblique angle.
[0016]
The operation of the radiation source 24 is governed by the control mechanism 38 of the imaging system 20. The control mechanism 38 includes a radiation controller 40 that supplies power and timing signals to the radiation source 24, and a motor controller 42 that controls the translational speed and position of the radiation source 24 and detector 26, respectively. The control mechanism 38 also includes a data acquisition system (DAS) 44 that samples the digital data from the detector 26 for further processing. Image reconstructor 46 receives the sampled and digitized projection data set from DAS 44 and performs high-speed image reconstruction as described herein. A reconstructed three-dimensional data set representing the imaged object 22 is applied to the computer 48 as an input. The computer 48 stores the three-dimensional data set in the mass storage device 50. Image reconstructor 46 is programmed to perform the functions described herein, and the term “image reconstructor” as used herein refers to a computer, processor, microcontroller, microcomputer, programmable logic controller, Represents application specific integrated circuits and other programmable circuits.
[0017]
Computer 48 also receives commands and scanning parameters from an operator via console 52 with input devices. A display device 54, such as a cathode ray tube or a liquid crystal display (LCD), allows an operator to observe the reconstructed three-dimensional data set and other data from the computer 48. Computer 48 provides control signals and information to DAS 44, motor controller 42, and radiation controller 40 using commands and scanning parameters supplied by the operator.
[0018]
The imaging system 20 also includes a compression paddle 56. The compression paddle 56 is positioned adjacent to the probe movement device assembly 16 such that the probe movement device assembly 16 and the compression paddle 56 are mechanically aligned. In addition, the ultrasound data set or second 3D data set obtained using the probe mover assembly 16 may be combined with an X-ray data set or first 3D data set using the compression paddle 56 by mechanical design. Match each other. In one embodiment, the ultrasound probe 18 is operatively coupled to the probe mover assembly 16 such that the ultrasound probe 18 delivers an ultrasound output signal to the compression paddle 56 and the breast 22, which is in the breast 22. It is at least partially reflected when it encounters an interface like a cyst. In another embodiment, the ultrasound probe 18 is a 2D array of capacitive micromachined ultrasound transducers operatively coupled to the compression paddle 56 and the probe mover assembly 16 is not used.
[0019]
FIG. 3 is a side view of the compression paddle 56. In one embodiment, the compression paddle 56 is acoustically transparent (sound transmissive) and transparent to X-rays (radiation transmissive), and is made of a plastic material as described in Table 1 shown by way of example and not limitation in Table 1. Manufactured with a composite so that the compression paddle 56 has an attenuation factor of less than about 5.0 decibels / cm when the system 2 is operating at about 10 MHz, thereby reducing the ultrasonic reverberation and attenuation by the compression paddle 56. Minimize. In another embodiment, the compression paddle 56 is fabricated using a single composite material. In yet another embodiment, the compression paddle 56 is made using a single, non-composite material. In one exemplary embodiment, the compression paddle 56 is approximately 2.7 mm thick and includes a plurality of layers 58. Layer 58 is fabricated using a plurality of rigid composite materials such as, but not limited to, polycarbonate, polymethylpentene, polystyrene. The compression paddle 56 is designed using a plurality of design parameters shown in Table 1. Examples of design parameters for the compression paddle 56 include, but are not limited to, X-ray attenuation, atomic number, light transmittance, tensile modulus, sound speed, density, elongation, Poisson's ratio, acoustic impedance, and ultrasonic attenuation. included.
[0020]
[Table 1]
Figure 0004934263
[0021]
By producing the compression paddle 56 using a plurality of composite layers 58, an effective X-ray attenuation coefficient and a point spread function similar to polycarbonate can be easily obtained in the mammography spectrum. Moreover, the composite layer 58 can be used to achieve light transmission of 80% or higher and low ultrasonic attenuation (less than 3 dB) at ultrasonic probe frequencies up to about 12 megahertz (MHz). Further, the composite layer 58 makes the maximum intensity of interface reflection within 2% of the maximum beam intensity, and 19 × 23 cm. 2 When the total pressing force of 18 daN is applied to this area, the deflection from the horizontal is less than 1 mm, and the mechanical rigidity and the radiation resistance over time can be easily obtained to the same level as polycarbonate.
[0022]
FIG. 4 is a top view of the probe moving device assembly 16. In one embodiment, the probe mover assembly 16 is removably coupled to the paddle 56 and is decoupled from the compression paddle 56 so that the probe mover assembly 16 can be independently positioned above the compression paddle 56. Can do. The probe mover assembly 16 includes a plurality of stepper motors 62, a position encoder (not shown), and a plurality of limit switch driven carriages (not shown). At least one carriage is mounted with an ultrasonic probe 18 (shown in FIG. 1) via a receiver 64 to enable the ability for variable vertical positioning of the compression paddle 56. In one embodiment, the ultrasound probe 18 descends perpendicular to the z direction until it contacts the compression paddle 56. Step motor 62 drives ultrasonic probe 18 along carriage 66 in fine increments in the x and y directions at variable speeds determined by the user. A limit switch 68 is provided with a backlash control nut (not shown) to prevent the ultrasonic probe 18 from moving beyond the predetermined mechanical design limits of the probe mover assembly 16. . The ultrasonic probe 18 is mounted on a U-shaped plate 70 attached to the receiver 72. In one embodiment, the U-shaped plate 70 is attached to a plurality of guide rails (not shown) on the x-ray imaging system or tomosynthesis imaging system 20 via a separate assembly (not shown). . The dimensions of the probe moving device assembly 16 in the x and y directions are variously selected based on the desired range of movement of the ultrasound probe 18 that is comparable to the dimensions of the compression paddle 56. In the z direction, the dimensions are limited by the vertical spatial distance between the envelope of the radiation source 24 above the probe mover assembly 16 and the compression paddle 56 below it.
[0023]
FIG. 5 is a flowchart of an exemplary method 80 for creating an image of the object 22 of interest. The method 80 includes obtaining 82 a first three-dimensional data set of the object 22 at the first position using the X-ray source 24 and the detector 26, and the object 22 at the first position using an ultrasonic probe. Obtaining a second three-dimensional data set 84 and combining the first three-dimensional data set and the second three-dimensional data set to create a three-dimensional image 86 of the object 22.
[0024]
FIG. 6 is a pictorial diagram of the imaging system 12. With respect to usage, referring to FIG. 6, the compression paddle 56 is installed in the tomosynthesis imaging system 20 by the compression paddle receiver 100. In one embodiment, the probe mover assembly 16 is mounted on a receiver (not shown) on a guide rail (not shown) of the x-ray positioning device 102 by means of a fixture above a compression paddle receiver (not shown). ). In another embodiment, the probe mover assembly 16 is attached using a side handrail (not shown) on the tomosynthesis imaging system 20. An ultrasound probe 18 is connected at one end to the ultrasound imaging system and is coupled to the probe mover assembly 16 via a probe receiver 106. The patient is placed adjacent to the tomosynthesis imaging system 20 so that the breast 22 is positioned between the compression paddle 56 and the detector 26.
[0025]
The geometry of the ultrasound probe 18 and probe mover assembly 16 is calibrated with respect to the compression paddle 56. In one embodiment, the calibration of the ultrasound probe 18 is accomplished by placing the ultrasound probe 18 in the probe mover receiver 106 and the probe mover assembly 16 via the compression paddle receiver 100 tomosynthesis imaging. Including ensuring that it is attached to the system 20; Calibration of the imaging system 12 helps ensure that conversion operations between coordinate systems are valid. A correct beamforming code environment is installed in the ultrasound imaging system 14 which helps to correct the refraction effects due to the compression paddle 56. The optimal parameters are then determined based on prior knowledge of the patient or previous X-ray or ultrasonography.
[0026]
The patient is positioned in at least one of a cranial-sacral, intermediate-lateral and oblique postures to position the breast 22 or object 22 of interest between the compression paddle 56 and the detector 26. Like that. In one embodiment, breast 22 is slightly covered with a lubricant, such as, but not limited to, mineral oil. The breast 22 is then compressed to the appropriate thickness by the compression paddle 56 using at least one of manual control over the receiver 100 and automatic control over the receiver 100.
[0027]
X-ray examination is then performed by a tomosynthesis imaging system 20 operating in at least one of standard 2D and tomosynthesis modes. In the tomosynthesis mode, the x-ray source envelope 108 is modified so that it can be rotated about the vertically upper axis of the detector 26 independent of the positioning device 110. In one embodiment, the patient and detector 26 are fixed and the tube jacket 108 rotates.
[0028]
A view of the breast 22 is then obtained from at least two projection angles 28 (shown in FIG. 2) to create a projection data set of the region of interest. The multiple views represent a tomosynthesis projection data set. The acquired projection data set is then used to create a first three-dimensional data set, ie, a plurality of slices for the scanned breast 22. This first three-dimensional data set represents a three-dimensional radiographic representation of the breast 22 to be imaged. After operating the radiation source 24 to deliver a radiation beam at a first projection angle 112 (shown in FIG. 2), a view is collected using the detector array 26. Then, by changing the projection angle 28 of the system 20 by translating the position of the source 24, the central axis 150 (shown in FIG. 2) of the radiation beam is changed to a second projection angle 114 (shown in FIG. 2), And the detector array 26 is repositioned so that the breast 22 is maintained within the field of view of the system 20. The radiation source 24 is activated again to collect a view at the second projection angle 114. The same procedure is then repeated for any subsequent number of projection angles 28.
[0029]
In one embodiment, multiple views of breast 22 are acquired at multiple angles 28 using radiation source 24 and detector array 26 to create a projection data set for the region of interest. In another embodiment, a single view of breast 22 is acquired at one angle 28 using radiation source 24 and detector array 26 to create a projection data set for the region of interest. The collected projection data set is then used to create at least one of a 2D data set and a first 3D data set for the scanned breast 22. The resulting data is stored in a designated directory on computer 38 (shown in FIG. 2). If a tomosynthesis scan is to be performed, the gantry should be returned to its vertical position.
[0030]
FIG. 7 is a pictorial diagram of the compression paddle 56 and the interface between the ultrasound imaging system 14 and the tomosynthesis imaging system 20. FIG. 8 is a side view of a portion of the imaging system 12. In the exemplary embodiment, compression paddle 56 is filled with acoustic coupling gel 120 to a height of 2 mm. In another embodiment, an acoustic sheath (not shown) is placed on the compression paddle 56. The probe mover assembly 16 is attached to the gantry (not shown) of the tomosynthesis imaging system 20 by a fixture 104 (shown in FIG. 6) so that the plane of the probe mover assembly is parallel to the plane of the compression paddle 56. To be. In one embodiment, the ultrasound probe 18 is lowered to contact the acoustic sheath. In another embodiment, the ultrasound probe 18 is lowered and partially placed into the binding gel 120. The height of the ultrasonic probe 18 is adjusted by a receiver 106 (shown in FIG. 6).
[0031]
The ultrasound probe 18 is mounted vertically above the compression paddle 56 and electromechanically scanned across the breast 22 including the chest wall 126 and the nipple area to create a second 3D data set for the breast 22. In one embodiment, the computer 130 drives the step motor controller 132 to scan the breast 22 in a raster fashion. In another embodiment, computer 38 (shown in FIG. 2) drives controller 132 to scan breast 22 in a raster fashion. At least one of the computer 38 and the computer 130 includes software, which includes electronic beam steering (direction manipulation) and elevation focusing capabilities. In one embodiment, real-time ultrasound data can be observed on a monitor of the ultrasound imaging system 14. In another embodiment, the ultrasound data can be viewed on any display device, such as but not limited to display device 54 (shown in FIG. 2). The probe mover assembly 16 is removed from the tomosynthesis imaging system 20 and the compression paddle 56 is repositioned to release the patient.
[0032]
Electronic beam steering allows imaging of the chest wall and nipple area as shown in FIG. 8, for example, by looking at the nipple area 128. If the ultrasound probe 18 is positioned just above the nipple area 128, no acoustic energy will be transferred to the nipple area 128 due to the gap between the compressed breast 22 and the compression paddle 56. However, the illustrated steered beam penetrates from the left in FIG. 8 so that acoustic energy is efficiently transmitted, thereby reducing the need for an adaptive gel pad to allow imaging of the nipple area 128. Is done. In addition, beam steering can be controlled so that the acoustic shadows caused by structures such as Cooper ligaments can be minimized by steering the beam to multiple angles and combining these data sets. it can.
[0033]
In one embodiment, the coordinate system of the first data set is converted to the coordinate system of the second data set, these data sets are aligned by hardware design, and intermittent using an image-based alignment method. Can be matched to compensate for typical patient movements. Instead, the coordinate system of the second data set is converted to the coordinate system of the second data set. Since the first 3D data set and the second 3D data set are acquired with the same physical configuration of the breast 22, the images can be registered directly from the mechanical alignment information. Specifically, the images can be directly aligned point by point for the entire breast anatomy, thereby eliminating the ambiguity associated with alignment of 3D ultrasound and 2DX images. Alternatively, the physical process of individual imaging modalities can be used to improve the alignment of the two images. Taking into account differences in spatial resolution and propagation characteristics between the two modalities, small positioning differences in the two images can be identified. An alignment is then made based on the corrected position in the 3D data set. The corresponding area of interest on any image can then be observed simultaneously in multiple ways to improve qualitative visualization and quantitative characterization of closed objects or local areas.
[0034]
FIG. 9 is an image illustrating a typical effect of refraction correction at 12 MHz. FIG. 10 is an image similar to FIG. 9 when there is no refraction correction. In one embodiment, the refractive correction from the compression paddle 56 is incorporated into the beamforming processor as shown in FIGS. Refractive correction with 3 mm plastic material corrects the appearance of diffusing wires. In one embodiment, ultrasound probe 18 includes at least one of a phased array transducer and an active matrix linear transducer with elevation focusing and beam steering capabilities. Because the ultrasound probe 18 includes an active matrix linear transducer or phased array transducer, the inherent spatial resolution is maintained over a much greater depth than a standard transducer. Elevation angle focusing and carefully selected compression paddle plastic materials enable the use of high frequency probes, and this system provides high spatial resolution on the order of 250 microns for ultrasound images, which is useful for phantom and clinical imaging .
[0035]
In one embodiment, a computer software program installed in the ultrasound imaging system 14 is used to drive the ultrasound probe 18 along a predetermined path on the compression paddle 56. The program also acts on the stepper motor controller 132 and the ultrasound system 14 to initiate image and data acquisition and storage. In another embodiment, a computer software program installed on the tomosynthesis imaging system 20 is used to drive the ultrasound probe 18 along a predetermined path on the compression paddle 56. This program helps to improve the positioning accuracy of the ultrasonic probe 18 within about ± 100 microns.
[0036]
In addition, the imaging system 12 minimizes the impact of the hardware used in one examination, ie, the X-ray source 24 and detector 26, on the image quality of other images created using the ultrasound probe 18. To help isolate the image acquisition process. In addition, the system 12 helps reduce structured noise, distinguish between cysts and solid masses, and full 3D visualization of multimodality matched data sets in a single automated combinatorial test, thereby suspicious in breast images Helps improve methods for area localization and characterization, thus reducing unnecessary biopsy and increasing breast scanning efficiency.
[0037]
Because clinical ultrasound and 3D digital x-rays can be used with 2D digital x-rays in a mutually aligned format using system 12, system 12 can be used with additional modality CAD algorithms, improved classification schemes for CAD, and the like. Provide a platform for the latest applications. The system 12 helps guide the breast biopsy with greater accuracy than is available in the 2DX ray data set with depth dimension information. By automating ultrasound scans, and thus reducing the effects of variability during the scan, system 12 can monitor patients undergoing various forms of treatment for breast cancer and evaluate patient response to therapy. it can. For example, the system 12 can be used to acquire x-ray and ultrasound image data sets during the initial examination and during multiple subsequent examinations performed at various time intervals during the procedure. During subsequent examinations, the system 12 is used to position the patient in the same way as it was located during the first examination and the breasts with the same operating parameters used when acquiring the first data set. 22 can be imaged with ultrasound. Necessary to align the two datasets well with each other using clearly identifiable features on both ultrasound datasets and other means, with matching techniques based on mutual information or features Determine the required x, y and z displacements to perform a reciprocal interactive patient repositioning. Such features can also be implanted when using surgical treatment procedures. Since cancer recurrence is not uncommon, this feature can provide clinicians with a substantially consistent data set with each other, and therefore use system 12 to track recovery and respond accordingly. The treatment plan can be modified. In addition, the system 12 helps reduce breast compression because structured noise, which is a major factor in increasing breast 22 compression, is reduced. Modifications to the system 12 can be made to allow a combination of 3D ultrasound and stereoscopic mammography.
[0038]
While various specific embodiments of the invention have been described, those skilled in the art will recognize that modifications can be made to the invention within the spirit and scope of the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a pictorial diagram of an imaging system.
FIG. 2 is a flowchart of an exemplary method for creating an image of an object of interest.
FIG. 3 is a side view of a portion of a novel compression paddle.
FIG. 4 is a top view of the probe moving device assembly.
FIG. 5 is a flowchart of an exemplary method for creating an image of an object of interest.
FIG. 6 is a pictorial diagram of a medical imaging system.
FIG. 7 is a pictorial diagram of a compression paddle system, interface, and ultrasound imaging system.
8 is a side view of a portion of the medical imaging system shown in FIG.
FIG. 9 is an image illustrating a typical effect of refraction correction.
10 is an image similar to FIG. 9 when there is no refraction correction.
[Explanation of symbols]
12 Medical Imaging System
14 Ultrasonic imaging system
16 Probe moving device assembly
18 Ultrasonic probe
20 Tomosynthesis Imaging System
22 Object to be imaged
24 Radiation source
26 Detector array
28 Projection angle
30 planes
38 Control mechanism
56 Pressure paddle
58 layers
62 step motor
64 Receiver
66 Carriage
68 Limit switch
70 U-shaped board
72 Receiver
100 pressure paddle receptacle
102 X-ray positioning device
104 Fixture
106 Probe receptacle
108 X-ray source envelope
110 Positioning device
112 First projection angle
114 Second projection angle
120 Acoustic coupling gel
126 Chest wall
128 nipple area
130 computers
132 Step motor controller
150 Central axis of radiation beam

Claims (10)

圧迫パドル（５６）と、
前記圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体（１６）と、
前記圧迫パドル及び関心のある物体（２２）に超音波出力信号を送出するように、前記超音波プローブ移動装置組立体に結合された、ビーム・ステアリング能力を有している、超音波プローブ（１８）と、
前記圧迫パドルによる屈折効果が補正された超音波画像を形成するコンピュータ（４８）と、
を有し、
放射線源（２４）が前記圧迫パドル（５６）及び前記関心のある物体（２２）を通して検出器組立体（２４）に放射線ビームを送出して、第１の３次元データセットを作成させ、また、前記超音波プローブ（１８）が前記圧迫パドル及び前記関心のある物体に超音波出力信号を送出して、第２の３次元データセットを作成させ、
前記コンピュータ（４８）が前記第１の３次元データセット及び前記圧迫パドルによる屈折効果が補正された前記第２の３次元データセットを組み合わせて、前記関心のある物体（２２）を表す相互整合した３次元データセットを作成し、
前記関心のある物体（２２）は乳房であり、
前記超音波プローブ（１８）は、ステアリングされたビームが前記圧迫パドルにより圧迫された乳房の領域から前記圧迫パドルにより圧迫されていない乳首区域（１２８）に入り込むように構成されており、前記乳首区域が撮像され、
前記圧迫パドルと前記乳首区域との間の空隙にジェル・パッドを配置することなしに前記超音波画像の撮影が行われる、
装置。Compression paddle (56),
An ultrasonic probe moving device assembly (16) mechanically aligned with the compression paddle;
An ultrasonic probe (18) having beam steering capability coupled to the ultrasonic probe mover assembly to deliver an ultrasonic output signal to the compression paddle and the object of interest (22). )When,
A computer (48) for forming an ultrasound image in which the refraction effect by the compression paddle is corrected;
Have
A radiation source (24) emits a radiation beam through the compression paddle (56) and the object of interest (22) to a detector assembly (24) to create a first three-dimensional data set; The ultrasound probe (18) sends an ultrasound output signal to the compression paddle and the object of interest to create a second three-dimensional data set;
The computer (48) combines the first three-dimensional data set and the second three-dimensional data set corrected for refraction effects due to the compression paddles to mutually match the object (22) of interest. Create a 3D dataset,
The object of interest (22) is a breast;
The ultrasound probe (18) is configured such that a steered beam enters the nipple area (128) not compressed by the compression paddle from the area of the breast compressed by the compression paddle, Is imaged ,
The ultrasound image is taken without placing a gel pad in the gap between the compression paddle and the nipple area.
apparatus. 前記パドル（５６）はトモシンセシス・イメージング・システム（２０）に結合されている、請求項１記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the paddle (56) is coupled to a tomosynthesis imaging system (20). 前記超音波プローブ（１８）は能動マトリクス線形トランスデューサ及びフェーズド・アレイ・トランスデューサの内の少なくとも一方を含んでいる、請求項１記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the ultrasonic probe (18) comprises at least one of an active matrix linear transducer and a phased array transducer. 前記能動マトリクス線形トランスデューサ及び前記フェーズド・アレイ・トランスデューサの内の少なくとも一方は、仰角集束能力を有している、請求項３記載の装置。 The apparatus of claim 3, wherein at least one of the active matrix linear transducer and the phased array transducer has elevation focusing capability. コンピュータ（４８）が前記第１の３次元データセット又は２次元のＸ線画像を選択的に前記第２の３次元データセットに組み合わせる、請求項１記載の装置。Computer (48) is combined with the first three dimensional data set or selectively said two-dimensional X-ray image a second three dimensional data set, according to claim 1, wherein. 前記コンピュータ（４８）は更に、前記の第１の３次元データセットと第２の３次元データセットと取得中に物理的に相互整合させるように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。Said computer (48) further, the first three dimensional data set and is configured to be physically mutually aligned while getting a second three-dimensional data sets, any one of claims 1 to 5 The device described in 1. 前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて前記物体の３次元画像を作成するために、前記コンピュータ（４８）は更に、前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを整合させるように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。In order to combine the first three-dimensional data set and the second three-dimensional data set to create a three-dimensional image of the object, the computer (48) further includes the first three-dimensional data set and 6. Apparatus according to any of claims 1 to 5 , configured to align a second three-dimensional data set. 前記圧迫パドルが音波透過性及び放射線透過性である複数の複合層（５８）で構成されている請求項１に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the compression paddle is comprised of a plurality of composite layers (58) that are sound and radiation transmissive. 前記複合層（５８）は、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン及びそれらの組合せの内の少なくとも１つを含んでおり、
前記複合層（５８）は、約１２メガヘルツ未満の複数の超音波プローブ周波数で約３ｄＢ未満の超音波減衰度を有しており、
前記複合層（５８）は、入射放射線の約８０％以上を光学的に透過させるように構成されている、請求項８に記載の装置。The composite layer (58) includes at least one of polycarbonate, polymethylpentene, polystyrene, and combinations thereof;
The composite layer (58) has an ultrasonic attenuation of less than about 3 dB at a plurality of ultrasonic probe frequencies of less than about 12 megahertz;
The apparatus of claim 8 , wherein the composite layer (58) is configured to optically transmit about 80% or more of incident radiation. 前記ビームが多数の角度にステアリングされ、それらのデータセットが組み合わされる、請求項１または９に記載の装置。10. An apparatus according to claim 1 or 9 , wherein the beam is steered to a number of angles and their data sets are combined.
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